DE2211690A1

DE2211690A1 - LIGHT ALLOY PISTON FOR COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: DE2211690A1
Application number: DE19722211690
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schieber
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1972-03-10
Filing date: 1972-03-10
Publication date: 1973-09-13
Also published as: DE2211690B2; DE2211690C3; FR2176360A5

Description

KARL SCHMIDT GMBH 6 Frankfurt (Main), 8. März 1972KARL SCHMIDT GMBH 6 Frankfurt (Main), March 8, 1972

7107 Neckarsulm . DrQ/GKp7107 Neckarsulm. DrQ / GKp

Christian-Schmidt-Str. 8/12Christian-Schmidt-Str. 8/12

Prov. Nr. 6889 KSProv. No. 6889 KS

Leichtmetallkolben für VerbrennungskraftmaschinenLight metal pistons for internal combustion engines

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen mit einem in der Kolbenkrone eingegossenen aus einem Eisenwerkstoff bestehenden einteiligen Bewehrungselement, das aus einem in der Ringpartie, vorzugsweise im Bereich -der kolbenbodenseitigen Ringnute, angeordneten Ringträger und einem mit diesem durch mehrere speichenartige Arme verbundenen im Kolbenboden angebrachten Bodenstück besteht.The invention relates to a light metal piston for internal combustion engines with a one-piece cast from an iron material in the piston crown Reinforcement element, which consists of a ring groove arranged in the ring belt, preferably in the area of the ring groove on the piston bottom Ring carrier and one attached to the piston crown and connected to it by several spoke-like arms Floor piece consists.

Im allgemeinen ist die Laufdauer von Leichtmetallkolben größer als die der Kolbenringe und Zylinderlaufbahn. Es gibt jedoch Verbrennungskraftmaschinen die entweder ihrer Auslegung nach, z.B. hochbeanspruchte Dieselmotoren, oder des Arbeitsortes wegen, z.B. bei rauhen Betriebsverhältnissen, einen besonders hohen Verschleiß der Ringnuten, insbesondere der kolbenbodenseitigen Ringnute, mit Bruchgefahr der Kolbenringe befürchten lassen oder zeigen.In general, the service life of light alloy pistons larger than that of the piston rings and cylinder liner. However, there are internal combustion engines that either do theirs Design according to, e.g. highly stressed diesel engines, or because of the place of work, e.g. in rough operating conditions, Particularly high wear of the ring grooves, in particular the ring groove on the piston crown side, with the risk of the piston rings breaking let fear or show.

In den Ringnuten wirken mehrere ungünstige Bedingungen zusammen. Der kolbenbodenseitige Kolbenring wird in axialer und radialer Richtung nahezu vom vollen Verbrennungsgasdruck beaufschlagt. Er gleitet daher auf der'Nutenflanke beim Seitenwechsel des Kolbens mit beträchtlicher Reibung. Der örtliche Berührungsdruck kann zudem durch geringe Verformung erhöht werden, die der Kolben durch Wärmeausdehnung und me cha-, nische Kräfte erleidet..Diese Reibungsbeanspruchungen werden erst dann gefährlich, wenn der Kolbenwerkstoff durch hoheSeveral unfavorable conditions act together in the ring grooves. The piston ring on the piston crown side is axial and in the radial direction almost the full combustion gas pressure is applied. It therefore slides on the flank of the groove Changing sides of the piston with considerable friction. The local contact pressure can also be caused by slight deformation increased, which the piston due to thermal expansion and me cha-, niche forces. These frictional loads only become dangerous when the piston material is exposed to high

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Betriebstemperaturen erweicht wird* Er reibt sich dann nicht nur leichter ab, sondern kann auch plastisch verformt, die Ringnute also ausgeschlagen werden. Die erwähnten hohen Temperaturen verschlechtern zudem die Schmierfähigkeit des Öls und begünstigen die Bildung von verschleißfördernden Rückständen aus dem Öl und dsm Kraftstoff. Dazu kann sich besonders beim Betrieb von Motoren in staubiger Umgebung noch Schmutz und schließlich der Eisenabrieb der Kolbenringe und Zylinderwände als Verschleißmittel gesellen.Operating temperatures is softened * He then does not rub only easier, but can also be plastically deformed, i.e. the ring groove can be knocked out. The high ones mentioned Temperatures also worsen the lubricity of the oil and favor the formation of wear-promoting Residues from the oil and dsm fuel. This can be done Especially when motors are operated in a dusty environment, there is still dirt and finally iron abrasion on the piston rings and cylinder walls as wear means.

Für Anwendungsfalle, die einen besonders starken Verschleißangriff der Ringnute erwarten lassen, kann im Leichtmetallkolben ein sogenannter Ringträger vorgesehen werden. Als Werkstoff für derartige Ringträger wird meist austenitisches Gußeisen gewählt, das einen ähnlich hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Leichtnetallkolbenwerkstoff besitzt ,und dadurch die Neigung des Ringträgers zum Lockerwerden vermindert, Darüberhinaus ist es möglich, den Ringträger über eine intermetallische Zwischenschicht beim Eingießen in den Kolbenkörper mit diesem fugenlos zu verbinden (Bensinger, W.D., A. Meier: Kolben, Pleuel und Kurbelwelle bei schneilaufenden Motorenj 2, Aufl., Berlin/Göttingen/ Heidelberg 1961_: S. 11).A so-called ring carrier can be provided in the light metal piston for applications where a particularly strong wear attack on the ring groove can be expected. Austenitic cast iron is usually chosen as the material for such ring carriers, which has a similarly high coefficient of thermal expansion as the light metal piston material and thus reduces the tendency of the ring carrier to loosen to be connected (Bensinger, WD, A. Meier: Pistons, connecting rods and crankshafts in high-speed engines, 2nd edition, Berlin / Göttingen / Heidelberg 1961 _: p. 11).

Um An- und AusSchmelzungen am Kolbenboden bei örtlicher Überhitzung, z.B. unter Vorkammern von Dieselmotoren oder Zündkerzen von Ottomotoren sowie Warmrisse und Brüche im Kolbenboden infolge der Wechselbeanspruchung bei erhöhter Temperatur zu' vermeiden, ist es bekannt, im Kolbenboden in einem mehr oder weniger großen Bereich je nach dem Maß der Temperaturbelastung aus einem Eisenwerkstoff bestehende Einsätze einzupressen, einzugießen oder auch einzuschrauben, Derartige Kolbenausführungen sind jedoch bisher wenig in der Praxis wegen der problematischenTo avoid melting on and off on the piston crown in case of local Overheating, e.g. under the pre-chambers of diesel engines or spark plugs of gasoline engines as well as hot cracks and breaks in the It is known to 'avoid the piston crown as a result of the alternating stress at elevated temperatures in the piston crown in a more or less large area depending on the Measure of the temperature load made of an iron material Pressing in, pouring in or screwing in inserts, but such piston designs are so far little in practice because of the problematic

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Verbindungsmöglichkeit der Einsätze mit dem Leichtmetallkolbenwerkstoff erfolgt. Außer dem örtlich begrenzten Schutz des Kolbenbodens muß die im Kolbenwerkstoff liegende der Verankerung dienende Einsatzoberfläche isoliert oder so weit von der thermisch kritischen Stelle entfernt angeordnet sein, daß die Kontaktzone zwischen dem Einsatz und dem Kolbenwerkstoff in einem Temperaturbereich liegt, in" dem die beim Motorbetrieb auftretenden Kräfte aufgenommen werden können,.Possibility to connect the inserts with the light metal piston material he follows. In addition to the localized protection of the piston crown, the one in the piston material must be the Anchoring insert surface isolated or so far be located away from the thermally critical point, that the contact zone between the insert and the piston material lies in a temperature range in which the Forces occurring during engine operation can be absorbed.

Ferner ist in dem DT-GM 1 890 021 ein Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen mit einem eingegossenen Schwermetalleinsatz beschrieben, der aus einem Ringträger und einem mit diesem durch speichenartige Arme verbundenen in den Kolbenboden eingebetteten Teil besteht. Der Schwermetalleinsatz ist zur vermeintlichen Vermeidung von Verbrennungsgas- und/oder Öldurchtritten im Bereich des Kolbenbodens und der Ringpartie mit Hinterschneidüngen oder Labyrinthen versehen. Derartige Maßnahmen sind jedoch unbefriedigend, da durch die vergleichsweise schlechte Abdichtung gegenüber den Verbrennungsgasen eine erhöhte thermische Beanspruchung des Kolbenwerkstoffs erfolgt. *The DT-GM 1 890 021 also contains a light metal piston for internal combustion engines with a cast-in heavy metal insert described, which consists of a ring carrier and a connected to this by spoke-like arms in the piston crown is embedded part. The use of heavy metals is to allegedly avoid combustion gas and / or oil passages in the area of the piston crown and the ring belt with undercuts or Labyrinths provided. However, such measures are unsatisfactory because they are comparatively poor Sealing against the combustion gases increased thermal stress on the piston material takes place. *

Um den Durchtritt von Verbrennungsgasen und/oder Öl zu vermeiden, wird vorgeschlagen, bei einem Leichtmetallkolben mit in der Kolbenkrone eingegossenen aus einem Eisenwerkstoff bestehenden einteiligen Bewehrungselement, das aus einem in der Ringpartie angeordneten Ringträger und einem mit diesem durch mehrere speichenartige Arme verbundenen im Kolbenboden angebrachten Einsatz besteht, den Ringträger erfindungsgemäß mit einer sich bis in den Bereich der speichenartigen Arme erstreckenden intermetallischen Zwischenschicht der Zusammensetzung Fe Al mit dem Leichtmetallkolbenkörper zu verbinden»To allow combustion gases and / or oil to pass through avoid, it is proposed in a light metal piston with cast iron material in the piston crown existing one-piece reinforcement element, which consists of a ring carrier arranged in the ring belt and a with this insert attached in the piston crown and connected by several spoke-like arms, the ring carrier according to the invention with an intermetallic which extends into the region of the spoke-like arms Intermediate layer of the composition Fe Al with the light metal piston body connect to"

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Zweckmäßigervreise erstreckt sich die intermetallische Zwischenschicht bis etwa in die Hälfte der speichenartigen Arme. Auf diese Weise wird der Durchtritt von Verbrennungsgasen vom Kolbenboden her oder öl vom Bereich der Ringpartie her vollständig verhindert.The intermetallic intermediate layer expediently extends up to approximately half of the spoke-like layer Poor. In this way, the passage of combustion gases from the piston crown or oil from the area of the ring belt completely prevented.

Da der im Kolbenboden angebrachte Einsatzteil nicht mehr vom Kolbenwerkstoff kraftschlüssig umfaßt ist, darf dieser Teil nicht über eine intermetallische Zwischenschicht mit dem Leichtmetallkolbenkörper verbunden werden, da sonst die Gefahr einer Überhitzung des Leichtmetalls bei bleibender Deformation gegeben ist.Since the insert part attached to the piston crown is no longer frictionally encompassed by the piston material, it may Part cannot be connected to the light metal piston body via an intermetallic intermediate layer, otherwise there is a risk of the light metal overheating if it is permanently deformed.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielhaft dargestellt und wird im folgenden näher erläutert:The invention is shown by way of example in the drawing and is explained in more detail below:

In der Kolbenkrone" 1 eines Leichtmetallkörpers 2 ist ein aus einem austenitisehen Sondergußeisen bestehendes einteiliges Bewehrungselement eingegossen. Das Bewehrungselement besteht aus einem im Bereich der kolbenbodenseitigen Ringnute 3 angeordneten Ringträger 4 und einem mit diesem durch mehrere speichenartige Arme 7 verbundenen im Kolbenboden 5 angebrachten Einsatz 6.In the piston crown "1 of a light metal body 2 is a One-piece consisting of a special austenitic cast iron Reinforcement element cast. The reinforcement element consists of one in the area of the piston bottom side Ring groove 3 arranged ring carrier 4 and one connected to this by several spoke-like arms 7 in the piston head 5 attached insert 6.

- 5 Patentansprüche - 5 claims

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Claims

PATENT CLAIMS

Light metal pistons for internal combustion engines with a one-piece reinforcement element cast in the piston crown and consisting of a ferrous material, which consists of a ring carrier arranged in the ring belt, preferably in the area of the ring groove on the piston crown side, and an insert attached to the piston crown, connected to this by several spoke-like arms, characterized in that, that the ring carrier (4) is connected to the light metal piston body (2) via an intermetallic intermediate layer of the composition Fe Al which extends into the region of the spoke-like arms (7).

2) light metal piston according to claim 1, characterized in that the intermetallic intermediate layer extends up to approximately half of the spoke-like arms (7).

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